Нобелевская премия по физиологии и медицине 2012 г. присуждена за открытие индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК)

11.10.201235440

Нобелевскими лауреатами 2012 г. по физиологии и медицине стали Джон Б. Гердон (John B. Gurdon) и Шинья Яманака (Shinya Yamanaka), установившие, что зрелые специализированные клетки могут быть перепрограммированы обратно в незрелые клетки, способные развиваться в любой клеточный тип. Их открытие стало революционным в понимании процессов развития клеток и организмов.

Еще в 1962 г. Джон Бертран Гердон установил, что специализация клеток обратима. В эксперименте, ставшем классическим, он заменил незрелое ядро яйцеклетки лягушки ядром зрелой клетки кишечного эпителия. Модифицированная яйцеклетка дала начало нормальному головастику. Это свидетельствует о том, что ДНК зрелой клетки все еще содержит всю информацию, необходимую для развития клеток во взрослую лягушку.

Сорока годами позже, в 2006 г. Шинья Яманака открыл, что интактные зрелые клетки мыши могут быть перепрограммированы обратно в незрелые стволовые клетки. Удивительно, но, внедрив всего лишь несколько генов в клеточный геном, он смог перепрограммировать специализированные клетки в плюрипотентные стволовые клетки (иПСК), способные развиваться во все типы клеток организма.

Эти основополагающие открытия полностью изменили наш взгляд на развитие и клеточную специализацию. Теперь известно, что зрелые клетки не «приговорены» навсегда к определенной специализации. Учебники переписаны, открыты новые просторы для исследований. Благодаря перепрограммированию человеческих клеток обратно в «стволовое» состояние ученые получают новые возможности для исследования заболеваний и разрабатывают новые методы диагностики и лечения.

Жизнь - это путешествие в направлении увеличения специализации

Все мы развились из оплодотворенной яйцеклетки. В течение первых дней после зачатия эмбрион состоит из неспециализированных плюрипотентных клеток, каждая из которых способна развиваться во все типы клеток, формирующих взрослый организм. В ходе дальнейшего развития эмбриона эти клетки дадут начало нервным, мышечным клеткам, клеткам печени и всем другим типам клеток, каждый из которых специализируется на выполнении определенной функции во взрослом организме. Долгое время путь от незрелой клетки к специализированной рассматривался как однонаправленный. Считалось, что клетки изменяются в ходе созревания таким образом, что дальше они не способны вернуться в недифференцированное состояние.

«Прыжок назад» в развитии

Джон Гердон бросил вызов догме о том, что специализированные клетки необратимо вверены своей судьбе. Он предположил, что их геном, должно быть, еще содержит всю информацию, необходимую для поддержания развития всех типов клеток организма. В 1962 г. он проверил свою гипотезу, заместив ядро яйцеклетки лягушки ядром из зрелой специализированной клетки, полученной из кишечника головастика. Из яйца развился нормальный клонированный головастик, после чего эксперимент был повторен со взрослыми лягушками. Так подтвердилось, что ядро зрелой клетки не потеряло способность «запускать» развитие полностью функционирующего организма.

Знаковое открытие Гердона изначально было встречено со скептицизмом, но после подтверждения другими учеными было принято. Открытие стало толчком к последующим исследованиям и разработке новых технологий, которые развивались дальше и, в конце концов, привели к клонированию млекопитающих. Исследование Гердона дало возможность понять, что ядро зрелой специализированной клетки может быть «обращено» в плюрипотентное состояние. Однако его эксперименты подразумевали извлечение клеточного ядра с помощью пипетки с последующей пересадкой в другие клетки. Будет ли возможно превратить нетронутую клетку в плюрипотентную?

«Туда и обратно»: зрелые клетки превращаются в стволовые

Ответить на этот вопрос смог Яманака через 40 лет после открытия Гердона. Его исследования касались эмбриональных стволовых клеток – плюрипотентных клеток, полученных из эмбриона и культивируемых в лаборатории. Такие стволовые клетки изначально были получены Мартином Эвансом (Martin Evans) из мыши (Нобелевская Премия 2007 г.). Яманака пытался найти гены, которые поддерживают их в недифференцированном состоянии. Идентифицировав несколько таких генов, он проверил, может ли какой-нибудь из них вернуть зрелую клетку в плюрипотентное состояние.

Яманака и его коллеги встроили найденные гены в различных комбинациях в геном фибробластов (взрослые клетки соединительной ткани) и изучали результаты с помощью микроскопа. Наконец они нашли комбинацию, которая сработала, а ее состав оказался на удивление прост: внедрив всего четыре гена в геном фибробластов, они смогли перепрограммировать их обратно в стволовые клетки!

Полученные индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК) могли развиваться в зрелые специализированные клетки: фибробласты, нервные клетки, клетки кишечного эпителия и другие клетки. Информация о том, что интактные зрелые клетки могут быть перепрограммированы в плюрипотентные стволовые клетки, была опубликована в 2006 г. и мгновенно была расценена как крупное достижение.

От удивительного открытия к медицинскому использованию

Открытия Гердона и Яманаки показали, что специализированные клетки в определенных обстоятельствах могут обратить вспять «часы» развития. Несмотря на то, что их геном подвергся модификациям в ходе развития, приобретенные модификации не были необратимыми. Так закрепился новый взгляд на развитие клеток и организмов.

Исследования нескольких последних лет показали, что иПСК могут дать начало всему разнообразию клеточных типов организма. Эти открытия также обеспечили ученых со всего мира новым инструментом и привели к значительному прогрессу во многих областях медицины, поскольку иПСК могут быть получены из клеток человека.

К примеру, у пациентов, страдающих различными заболеваниями, могут быть получены клетки кожи, затем перепрограммированы и далее исследованы в лаборатории для определения их отличий от клеток здоровых людей. Такие клетки являются бесценным инструментом для понимания механизмов заболеваний и дают новые возможности для разработки методов лечения.

Сэр Джон Бертран Гердон родился в 1933 г. в Диппенхолле (Dippenhall, Великобритания). Он получил степень Доктора в Оксфордском Университете (University of Oxford) в 1960 г. и работал научным сотрудником в Калифорнийском Технологическом Институте (California Institute of Technology) (США). В 1972 г. он стал сотрудником Кэмбриджского Университета (Cambridge University) (Великобритания) и являлся профессором Клеточной Биологии и магистром Колледжа Магдалены (Magdalene College). В настоящее время ученый работает в Институте Гердона (Gurdon Institute) в Кэмбридже.

Шинья Яманака родился в Осаке (Япония) в 1962 г. Степень Доктора Медицины он получил в 1987 г. в Университете Кобе (Kobe University) (Япония) и прежде, чем приступить к фундаментальным исследованиям, практиковал как хирург-ортопед. Яманака получил степень Доктора Философии (PhD) в 1993 г. в Городском Университете Осаки (Osaka City University) (Япония), после чего работал в Институте Гладстона (Gladstone Institute) в Сан-Франциско (США) и Институте Науки и Технологии Нара (Nara Institute of Science and Technology) (Япония). В настоящее время Яманака является профессором Киотского Университета (Kyoto University) (Япония) и членом Института Гладстона.

Нобелевская Премия в области Физиологии и медицины 2012 г. присуждена Джону Б. Гердону и Шинье Яманаке за открытие перепрограммирования зрелых клеток в плюрипотентные. (фото: © Jezper / Fotolia)

По материалам Nobel Foundation

Ссылки на статьи:

1. Gurdon, J.B. The developmental capacity of nuclei taken from intestinal epithelium cells of feeding tadpoles. Journal of Embryology and Experimental Morphology, 1962; 10: 622-640

2. Kazutoshi Takahashi, Shinya Yamanaka. Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse. Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors. Cell, 2006; 126 (4): 663 DOI: 10.1016/j.cell.2006.07.024


Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей